Next generation molecular diagnostic electrochemical platforms

Abstract

La detecció electroquímica és particularment atractiva per a la seva aplicació en biosensors, degut a l'alta sensibilitat, simplicitat, rapidesa i rendibilitat en comparació amb la transducció òptica, així com la seva compatibilitat amb la miniaturització i petits volums de mostra. Tot i que les propietats redox intrínseques de tots els nucleòtids (dNTP) d'ADN i ARN permeten el desenvolupament de biosensors electroquímics sense marcadors per a anàlisi d'ADN sensibles a l'estructura i/o anàlisi de detecció amb l'avantatge del mesurament directe d'ADN, tenen limitacions en l'elecció del material de l'electrode, la manca de sensibilitat o la regeneració del sensor. Les etiquetes electroactives externes permeten superar aquestes limitacions i a més augmentar la sensibilitat i facilitar l'ús de més tipus de materials. La primera part d'aquesta tesi explora l'ús de marcadors redox, amb l'objectiu final d'aconseguir la seqüenciació electroquímica de l'ADN. Amb la incorporació exitosa de cinc marcadors redox oxidables es va aconseguir la detecció electroquímica simultània i radiomètrica i la quantificació del nombre total de cada nucleobase.

La detección electroquímica es particularmente atractiva para su aplicación en biosensores, debido a la alta sensibilidad, simplicidad, rapidez y rentabilidad en comparación con la transducción óptica, así como su compatibilidad con la miniaturización y pequeños volúmenes de muestra. Aunque las propiedades redox intrínsecas de todos los nucleótidos (dNTP) de ADN y ARN permiten el desarrollo de biosensores electroquímicos sin marcadores para análisis de ADN sensibles a la estructura y/o análisis de detección con la ventaja de la medición directa de ADN, tienen limitaciones en la elección del material del electrodo, la falta de sensibilidad o la regeneración del sensor. Las etiquetas electroactivas externas permiten superar estas limitaciones y además aumentar la sensibilidad y facilitar el uso de una mayor gama de materiales. La primera parte de esta tesis explora el uso de marcadores redox, con el objetivo final de desarrollar la secuenciación electroquímica del ADN. Con la incorporación exitosa de cinco marcadores redox oxidables se logró la detección electroquímica simultánea y radiométrica y la cuantificación del número total de cada nucleobase.

Electrochemical detection is particularly attractive for biosensors due to the high sensitivity, simplicity, rapid response, cost-effectiveness and simplified instrumentation as compared to that required for optical transduction, as well as its compatibility with miniaturization and low sample volumes. Although the intrinsic redox properties of all nucleobases of DNA and RNA enable the development of label-free electrochemical biosensors to provide structure-sensitive DNA analysis and/or detection analysis with the advantage of direct DNA measurement, they face limitations with regards to the choice of electrode material, lack of sensitivity or the ability to achieve regeneratable sensors. External electroactive labels have been introduced not only to overcome these limitations but also to improve the sensitivity of sensors and facilitate the use of a greater range of electrode materials. The first part of this thesis explores the use of redox labels, moving towards a final goal of achieving an approach for electrochemical DNA sequencing. Successful incorporation of five oxidizable redox labels achieved simultaneous and ratiometric electrochemical detection and the quantification of the total number of each nucleobases was achieved.